Как работает лазер простыми словами?
Лазерная указка даёт тонкий яркий луч, который не расходится как свет от фонарика. Как работает лазер простыми словами и чем его свет отличается от обычного света лампочки?
2 ответа
Лазер — это источник особого света, у которого все волны «шагают в ногу». Слово LASER расшифровывается как «усиление света вынужденным излучением».
Ключевое квантовое явление — вынужденное излучение. Если на возбуждённый атом налетает фотон нужной энергии, атом сбрасывает энергию и излучает второй фотон-близнец: с той же длиной волны, фазой и направлением. Был один фотон — стало два одинаковых. Это лавинообразно усиливает свет.
Чтобы лазер заработал, нужны три вещи:
- Рабочее тело (кристалл, газ, полупроводник) с атомами, которые можно возбуждать.
- Накачка — энергия (ток, вспышка), которая переводит много атомов в возбуждённое состояние, создавая инверсию населённостей.
- Зеркала-резонатор на концах: фотоны бегают туда-сюда, по пути порождая новые копии. Одно зеркало полупрозрачное — через него выходит луч.
Поэтому свет лазера:
- монохроматичен — одна длина волны (один чистый цвет);
- когерентен — волны синфазны;
- направлен — почти не расходится, поэтому луч узкий даже издалека.
У лампочки наоборот: атомы излучают независимо, в разных направлениях, на множестве длин волн — свет рассеянный и «вразнобой».
Аналогия: обычный свет — это толпа, идущая кто куда и вразнобой. Лазерный свет — это рота солдат, марширующих строем, в ногу, в одну сторону.
Добивается это вынужденным излучением: один фотон заставляет возбуждённый атом выпустить точную копию себя. Зеркала гоняют фотоны взад-вперёд, копий становится всё больше, и наружу выходит мощный, узкий, одноцветный луч.